俄公堡水电站泥沙防治经验浅谈

唐晓波，蒋 达，李文斌

(四川华电木里河水电开发有限公司，四川 西昌，615000)

俄公堡水电站泥沙防治经验浅谈

唐晓波，蒋 达，李文斌

(四川华电木里河水电开发有限公司，四川 西昌，615000)

我国河流泥沙含量普遍较高，泥沙防治是水电站设计、运行中必须考虑的重要因素。俄公堡电站在设计之初采取了防止泥沙淤积和冲刷的一些措施，电站运行也按照科学合理的方式进行，投产近三年来，在泥沙防治方面取得了良好的效果，具有值得推广借鉴的经验。

泥沙 淤积 冲刷 防治 俄公堡水电站

1 工程概况

俄公堡水电站工程位于四川省凉山州木里县境内的雅砻江一级支流木里河干流上，是木里河干流(上通坝～阿布地)梯级开发的第四级电站，为闸坝引水式开发。俄公堡水电站取水枢纽位于沙湾电站厂房下游约2.5km处，于木里河左岸取水后经长14.8km的引水隧洞至荣呆小沟沟口建地面厂房发电。俄公堡闸址以上集雨面积7544km2，多年平均流量115m3/s，多年平均悬移质年输沙量205万t，多年平均含沙量0.565kg/m3，多年平均推移质年输沙量3.7万t。

俄公堡水电站工程开发任务主要为发电，兼顾下游生态环境用水要求。水库正常蓄水位2315.60m，正常蓄水位以下库容为80.7万m3，调节库容19.6万m3，具有日调节性能。电站装机3台，单机容量44MW，总装机容量132MW。工程于2008年12月底正式开工建设，2014年1月2日1号机组完成动态调试，投入商业运行。截止目前工程已安全稳定运行接近3年。

2 径流、泥沙特性

2.1 流域径流特性

木里河流域径流主要来源于降雨，其次是冰雪融水和地下水。每年4月开始随着气温逐渐回升，径流逐渐加大。6～10月为丰水期，11月～翌年5月为枯水期，径流基本由地下水补给。木里河流域洪水主要由暴雨形成，年最大洪水一般发生在6～10月，7、8、9月份发生次数最多，洪水以单峰为主，洪水历时一般5～8d，复峰洪水历时一般在10d左右，洪水量级不大。

2.2 泥沙特性

木里河流域河流泥沙主要来自流域地表冲蚀、滑坡泥石流及人类活动影响，总体来说水土流失不严重。上游理塘县以上为高原区，地势高亢，河谷宽浅，水流平缓，土地类型主要为草地，气候干燥，降水量小，雨强不大，地广人稀，以牧业为主，人类活动影响较小，水土流失不严重；下游理塘县以下至木里河河口为高山峡谷区，地势由高原地貌向高山过渡，河谷由宽逐窄，多呈“V”字型，河谷两岸及支沟内有原始森林分布，农耕地较少，植被条件相对较好，加之暴雨强度不大，水土流失不严重。根据上下游水文站统计的泥沙数据，以及现场实验，俄公堡泥沙情况如下。

2.2.1 悬移质特性

俄公堡电站下游建有四合水文站，该站仅有2004年开始的泥沙资料，虽系列较短，但该站距俄公堡较近，加之木里河流域上下游下垫面、人类活动情况差异较大，采用该站可完全代表俄公堡悬移含沙量和输沙量，待今后测验资料进一步积累后，再对悬移质泥沙进行复核。俄公堡悬移质泥沙特性见表1。

表1 俄公堡水电站悬移质泥沙特征值

四合水文站悬移质泥沙级配资料不全，因此采用邻近流域列瓦水文站的泥沙资料(见表2)作为俄公堡悬移质级配资料来源。

表2 俄公堡悬移质颗粒级配

2.2.2 推移质特性

木里河没有推移质泥沙实测资料，推移质采用长江科学院提出的推移质输沙经验曲线和沙莫夫推移质输沙率两计算公式分别进行计算。

(1)长江科学院推移质输沙经验曲线的关系式如下：

式中：

泥沙起动流速采用张瑞瑾公式：

(2)沙莫夫推移质输沙率公式形式如下：

其中，Vc=md1/3h1/6

式中：

gs——推移质单宽输沙率，kg/s·m；

D、d——河床质颗粒最粗一组及平均粒径，m；

V、Vc——断面平均、起动流速，m/s；

h——断面平均水深，m；

K、m——系数，K=3.0，m=3.83。

(1)、(2)两种方法算出来的推移质量分别为3.7万t和3.25万t，两计算成果比较接近。为了偏于安全，采用3.7万t。

3 泥沙防治采用的工程布置设计

3.1 拦沙建筑物

3.1.1 导沙束水墙

根据水工模型试验，为了更好地取水防沙，工程将冲沙闸导沙束水墙向上游延伸，采用半径为35m的圆弧勘入到进水口左侧渐变段内，形成封闭(见图1)，导沙束水墙顶高程为2312m，高出泄洪闸底板4m，有效减少推移质进入导沙槽内，改善枢纽的排沙效果。另外，束水墙对水流的约束作用明显，水流行进到束水墙的束窄断面，由于断面收缩，流速增加，冲沙闸导沙槽内底部流速增大，对冲沙起到很好的促进作用。

图1 导沙束水墙示意

3.1.2 悬臂拦沙坎

根据工程模型实验，电站取水口流态良好，防沙效果好，但由于河道中含沙量大，在取水口前修建一道宽1m的防沙悬臂梁(顶部高程2310.00m)，拦沙坎顶高程比冲沙闸底板高了3m(见图2)。悬臂式拦沙坎有效防止沙粒翻滚进入取水口，避免影响电站正常工作。

图2 悬臂拦沙坎示意

3.2 冲沙建筑物

3.2.1 正向泄洪冲沙，侧向取水布置

俄公堡水电站在设计之初，在枢纽布置中考虑了引水防沙措施，防止推移质泥沙进入水轮机。首部枢纽采用“正向泄洪排沙，侧向取水”的布置型式，电站取水口位于河道的左岸。左岸进水口布置在冲沙闸的上游侧，与坝轴线交角为110°。在左岸靠近进水口前下游侧，设置一孔宽度为5m的冲沙闸，用于清除进水口前端导沙槽内泥沙。有效防治泥沙直接进入进水口。

3.2.2 冲沙闸底板高程设计

结合水库运行方式、满足河道敞泄冲沙要求以及地形地质条件，考虑进水口结构布置，设计过程中将冲沙闸底板高程定为2307.00m，比导沙束水墙顶低了5m，比悬臂拦沙坎顶低了3m，充分保证了中小流量下进水口达到“门前清”的冲沙效果。

4 防冲刷材料和机组材质选用

4.1C40HF混凝土材料

由于木里河为山区性河流，推移质较多，加上库区不定期泄洪排沙，汛期大量推移质过闸，泄洪建筑物需采用抗冲耐磨保护措施。因此电站闸首，在泄洪冲沙闸室底板、闸墩迎水面1m高范围和消力池表面设0.5m厚C40HF混凝土保护。

高强耐磨粉煤灰混凝土(砂浆)(简称HF混凝土)是甘肃省电力科研院在研究硅粉混凝土的基础上，研制的新型水工抗冲耐磨性材料，由水泥、水、优质粉煤灰(或其他优质活性掺合料)、砂石骨料(或特种硬质骨料)、HF外加剂组成。HF外加剂与粉煤灰配合使用，激发了粉煤灰的活性，使混凝土水化产物密实度、抗冲耐磨强度提高。与硅粉混凝土的抗冲耐磨性能基本相当，但具有价格低、和易性好、水化热温升小、方便施工、干缩率小不易产生裂缝等特点。通过在大量工程中的运用，验证了HF混凝土优良的抗冲耐磨特性。

4.2 压力钢管防腐材料

俄公堡压力管道主管采用Q345C钢材，壁厚为14mm～28mm，支管和岔管采用16MnR钢材，岔管壁厚为30mm，支管壁厚度为25mm，两种材质均符合设计规范的各项要求以及俄公堡工程实际。为防止压力钢管发生腐蚀破坏，加剧冲刷，俄公堡压力钢管内壁涂有环氧煤沥青漆。环氧煤沥青漆是在传统环氧煤沥青涂料的基础上，加入长寿型氯磺化聚乙烯橡胶、云母氧化铁、其它耐蚀颜填料、特种添加剂及活性溶剂等，经先进工艺制备而成的双组分长效重防腐涂料。用于水电站压力钢管能够起到了持久防腐，耐微生物侵蚀，耐磨性强，确保预埋金属部件长期处于良好的工作状态。

4.3 机组材质

虽然木里河流域泥沙矿物硬度不大，但多年平均含沙量为0.565kg/m3，仍属于泥沙含量大的河流。为减轻水轮机的磨蚀，延长水轮机大修间隔时间，水轮机在选型和材质方面做了以下几点考虑。

(1)水轮机选型时，选择空化性能良好的转轮，避免泥沙磨损和空蚀对水轮机的联合作用；

(2)在水轮机参数选择时，不追求过高的参数指标，控制转轮叶片出水边相对流速及导水机构流速在合理水平，改善磨蚀；

(3)水轮机主要过流部件，如导叶、转轮、顶盖和底环抗磨板等选用耐磨的不锈钢材料。

通过方案比选，最终选择了HLD790-LJ-275不锈钢水轮机，通过模型实验，该型水轮机各项性能指标满足俄公堡电站运行条件的要求。

5 电站运行泥沙调度

5.1 单站运行方式

俄公堡上游茶布朗电站属于日调节电站，无泥沙拦蓄功能。根据水流流速越快，携带泥沙能力越强的原理，俄公堡闸门采用分流量级控制方式，在满足发电要求的前提下，避免大流量携带的泥沙沉积在库区内。

(1)当入库流量小于250m3/s时，采用冲沙闸局开调节库区水位，冲走进水口前端泥沙；

(2)当流量增大至250m3/s～500m3/s时，采用冲沙闸和泄洪闸联合运用，调节库区水位，水流平稳下泄，避免泥沙淤积；

(3)当流量继续增大至500m3/s以上时，为避免大流量携带的泥沙淤积或进入引水发电系统，采取泄洪冲沙闸全开，降低水库水位，电站停止发电、停机拉沙的措施。

5.2 梯级运行方式

俄公堡电站是木里河干流(上通坝～阿布地)六个梯级开发的第四级，上游已建成具有年调节能力的卡基娃水电站和具有日调节能力的茶布朗水电站，未来上游还将陆续投产上通坝电站，以及具有季调节能力的确如多电站(理塘河梯级电站)。卡基娃水电站死库容0.777亿m3，根据其泥沙冲淤平衡设计结果表明，卡基娃水库运行100年，坝前淤积高程低于电站进水口，因此卡基娃投产可以大大减小俄公堡泥沙淤积压力。

俄公堡在防止泥沙淤积梯级运行方面，主要从设置排沙运用水位与梯级联合冲沙两个方面进行。

(1)俄公堡电站在卡基娃水库建成前，设置汛期排沙运用水位为2314m；卡基娃水库建成后不设置汛期排沙运用水位。卡基娃水电站2015年初下闸蓄水，随着卡基娃的下闸蓄水，俄公堡入库泥沙明显减小，俄公堡取消排沙运用水位，汛期最高运行水位按照正常蓄水位2315.6m运行。从近三年泥沙监测数据(见表3)来看，卡基娃拦沙作用明显。

表3 近三年俄公堡来水、来沙情况

(2)俄公堡上游茶布朗水电站只具有日调节能力，库容较小，无泥沙拦蓄能力，茶布朗水电站采用不定期冲沙的运行方式。因此为避免上游排出泥沙淤积在水库内，茶布朗电站停机拉沙时俄公堡也进行停机冲沙，上下游梯级应联合调度。

6 泥沙防治效果及持续改进要求

6.1 近三年泥沙防治效果

6.1.1 防冲刷效果

闸首下游采用C40HF混凝土部位经过三个汛期冲刷，2016年检查时，仅在闸门下游底板表面局部有轻微冲刷，不影响工程继续安全稳定运行，和同等规模、同样泥沙情况电站相比，抗冲刷情况较好；压力钢管、水轮机转轮均无冲刷。采取的各项防冲刷措施起到了效果。

6.1.2 防淤积效果

2014年投产首年，是俄公堡投产以来，断面泥沙含量最高的一年，2015年初在投产满一年后，俄公堡电站进行了放空检查，发现库区内、引水隧洞、导沙槽内基本无淤积，通过库容测量，发现库容变化不大(见图3)，表明防止泥沙淤积方面，采用的各项设计措施和水库运行调度方式起到了效果。

图3 发电前后水位库容对比

6.2 下一步泥沙防治持续改进措施

俄公堡水电站泥沙防治取得良好的效果，这些成果归功于河流本身泥沙含量不是特别大的优势，以及设计、运行中采取的各种防淤防冲措施。俄公堡泥沙防治工作虽然取得了一定成绩，但电站运行仅三年时间，相较于电站全寿命周期来说还太短，在今后工作中还需持续改进，将泥沙防治工作做的更好。未来还需从以下几方面持续改进：

(1)电站运行需继续按照设计要求的方式进行，高含沙量时泄洪排沙，并进行不定期冲沙，避免泥沙淤积，影响正常发电；

(2)今后上通坝上游具有季调节能力的确如多水电站投产后，将能进一步减轻下游泥沙压力。但梯级电站投产后改变了原始的流域洪水特性，在今后工作中，需加强上下游联系，做好梯级泥沙、洪水调度工作，避免泥沙淤积与洪水险情；

(3)加强易冲刷损坏部位的监视检查，出现冲刷损坏情况，及时查找原因修复，避免破坏扩大；关注机组运行状态，发现异常及时检修处理；

(4)按规范要求及时进行放空检查，及时发现水工建筑物存在的问题，进行整改，确保引水、发电、尾水建筑物处在良好的运行状态；

(5)加强泥沙监测，发现存在问题，及时整改，定期进行库区测量，掌握泥沙淤积情况，根据需要采取合理措施加以应对。

蒋 达(1970-)，男，重庆人，教授级高级工程师，硕士，从事水电建设运营管理工作；

李文斌(1968-)，男，湖南益阳人，高级工程师，学士，从事水电建设运营管理工作；

唐晓波(1988-)，男，四川西昌人，助理工程师，学士，从事水电运行工作。

TV145.3∶TV145.1

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2095-1809(2017)01-0046-04